[发明专利]传感器时间同步

说明书

背景技术

例如在公开文献US 20110164163 A1中描述了借助移动设备上的显示的传感器数据同步。在此涉及传感器的同步和一般性增强现实(Augmented Reality)，而不涉及用于校正各个数据点及其在时间上的相互错位的方法。

US 8050881 B1描述了传感器中的本地时钟与另一个时钟的同步和时间内插。然而，在此仅仅考虑(整数的)测量的时刻，而不考虑数据产生和从传感器中读取之间的延迟。也不考虑或者主动消除不同传感器相互间的异步。

US 7382780 B1描述了借助采样计数器和实时时钟的事后时间同步以及数据帧的汇总。

传感器数据融合需要系统中的多个传感器，由所述多个传感器计算新的目标参量。例如可以通过加速度传感器和转速传感器的值序列由刚性物体的初始位置近似计算后来时刻的位置。例如，在加速度传感器、转速传感器和地磁场传感器的数据的融合时，所述系统甚至经常是超定的，从而通过适合的滤波器——例如卡尔曼滤波器可以使误差最小化。在实际中使用的用于计算目标参量的算法考虑各个传感器的测量点是等距的并且不具有相移。数据率通常是相同的或是彼此多倍的，例如在加速度传感器和转速传感器中，它们都以100Hz提供传感器数据，得到图1中的图。

通常在由一个控制单元和多个传感器组成的系统上发生传感器数据融合。图2示出所述系统的可能结构。多个传感器A至N与一个共同的控制单元连接。

控制单元可以以处理器或微控制器上的软件或以专用硬件实现。传感器通常由MEMS元件、模拟前端和数字后端组成。传感器通常以可配置的频率提供新的数据并且将其保存在数字后端中。数字后端经常包含暂存数据的FIFO存储器，例如Bosch Sensortec公司的三轴加速度传感器BMA255 Digital，因此控制单元很少必须获取数据，这可以实现节能。传感器通常不是同步的并且传感器的输出数据率取决于周围环境参数——如温度。如在图3中示意性示出的那样，传感器提供异步的数据。

当今，通常从传感器读取异步的传感器数据，而控制单元将时间戳设置到读取时刻，由此人为地同步所述传感器数据。这在传感器数据融合时导致所计算的一个或多个目标参量中的误差。

如果将相应传感器的数字后端中的数据存储在FIFO中，则同步更困难，因为对于FIFO中的所有传感器数据而言读取时刻是相同的。如果回算在传感器中调节的数据率，则数据上的时间戳甚至可能强烈地扩散。对此，图4示出例如以下情形：在传感器A的FIFO中的第12个元素之后接收传感器B的FIFO中的第11个元素。

当今存在多种可能性来完全同步不同的传感器。

第一种可能性是所谓的强制模式(Forced Mode)。在此，当传感器通过数字接口例如由控制单元触发时，传感器开始测量，例如在Bosch Sensortec公司的电子罗盘BMC050中。这通常通过对数字后端的寄存器的读或写实现。

第二种可能性在于外部同步连接端的使用。在此除数字接口以外，传感器具有外部引脚，在所述引脚上施加来自控制单元、另一个传感器或系统中的另一个组件的同步信号。

如果使用FIFO，则可以通过以下方式实现部分同步：对于所有传感器使用一个共同的FIFO。部分同步避免在图4中示出的FIFO特定的同步问题(数据超越(von Daten))。所述解决方案经常用于使用微控制器作为传感器枢纽(Sensorhub)的系统——例如Lapis公司的ML610Q792中。此外，存在以下传感器：所述传感器在数字后端中集成具有用于所连接的所有传感器的FIFO的传感器枢纽——例如Invensense公司的转速传感器MPU3050。

同步问题的以上提出的解决方案可能伴随不利。强制模式对控制单元提出当今在市场主导的系统中没有给出的实时要求，并且没有预期将来满足所述实时要求。外部同步引脚引起传感器中的附加成本并且通过布线也引起系统中的附加成本。

发明内容

本发明涉及用于接收测量值以及输出数据采样的传感器，所述传感器具有用于存储传感器时间的至少一个第一寄存器，所述传感器时间包含关于数据采样的相位和/或周期的时间信息，其中第一寄存器是外部可读的。本发明的核心在于，传感器包含至少一个第二寄存器，所述至少一个第二寄存器是外部可写的，通过所述至少一个第二寄存器，传感器中的数据采样的相位和/或周期是可调节的。

本发明也涉及具有至少一个根据本发明的传感器和外部控制单元的传感器系统，借助所述外部控制单元，所述至少一个第一寄存器是可读的并且所述至少一个第二寄存器是可写的。